Нова сторінка 1

Мета цього експерименту - перевірити це 1 калорія = 4,186 джоуля.

Калориметр з електричним нагрівальним елементом, a постійного струму джерело живлення, два мультиметри, термометр, кілька з'єднувальних проводів, вода, секундомір і вагова шкала

За останні кілька десятиліть багатьма вченими та експериментаторами неодноразово перевірялося, що коли 1 калорія тепла перетворюється на механічна або електрична робота, 4,18 Дж роботи генерується і навпаки.

Нагрівальний елемент в калориметрі може бути підключений до джерела живлення на певний період, протягом якого електрична робота (енергія) спричиняє підвищення температури рідини в калориметрі. Результат - перетворення електричної роботи на теплову енергію. Для розрахунку енергії, що подається на калориметр, формула для потужність може використовуватися:

P = W/t або W = P t .

Оскільки електрична потужність є P = V Я, наведене вище рівняння, яке дає споживання електричної енергії, стає:

W = V I t . (1)

З одного боку, шляхом вимірювання прикладеного напруга V, струм I, та час споживання t, електричну енергію, що подається на калориметр, можна розрахувати за цією формулою. З іншого боку, вимірюючи початкову та кінцеву температури калориметра, а також маси води, алюмінієвої ємності та нагрівального елемента (включаючи його кріплення), можна розрахувати кількість теплоти, що виробляється. Звичайно, для розрахунку тепла також потрібні питомі теплоти води, алюмінію, а також нагрівальний елемент. Тепло, що поглинається калориметром, становить

Qtotal = Qwater + QAl + Q елемент .

Зверніть увагу, що сам нагрівальний елемент має невелику масу, і його маса може бути додана до маси металевих ніжок, до яких він прикріплений. Це не призведе до значної помилки. Тому краще виміряти масу нагрівального елемента разом і просто використовувати для цього питому теплоту латуні, хоча сам елемент може мати різну питому теплоту. Існуючий нагрівальний елемент у калориметрі в цій лабораторії в основному латунний. Тому вищевказане рівняння можна записати як:

Це рівняння обчислює загальну кількість теплоти, виробленої в калорій в результаті електричної роботи, виконаної в нагрівальному елементі в джоулів. Обидва значення можна обчислити по порядку для визначення кількості джоулів, яку може генерувати одна калорія, або навпаки.

За допомогою обнуленої шкали маси виміряйте масу внутрішньої ємності калориметра mAl спочатку, а потім ще раз виміряйте, коли воно буде 1/4 - 1/3 наповнений чистою водою. Таким чином, маса доданої води mw можна легко розрахувати. Зніміть вузол нагрівального елемента з кришки калориметра і виміряйте його масу mbr зі шкалою балансу. Встановіть нагрівальний елемент у кришку. Якщо маса заздалегідь визначена, пропустіть цей крок і проконсультуйтеся з вашим інструктором. Помістіть термометр в калориметр через отвір у кришці і почекайте, поки не буде досягнута теплова рівновага. Запишіть початкову температуру Ti . При вимкненому джерелі електроенергії послідовно підключіть калориметр до джерела за допомогою амперметра.

Примітка що амперметр у цьому експерименті має вимірювати силу струму, що перевищує 200 мА. На мультиметрі є третій термінал, який спеціально використовується для цієї мети. Позитивний провід (червоний) потрібно витягнути із звичайного позитивного виводу і вставити в третій термінал що позначено 10А. Від'ємний провід (чорний) залишається в клемі, яка позначена як "Поширені."

Тепер, коли ви підключили калориметр, амперметр (в положенні + 10А), а джерелом живлення послідовно є майже час увімкнути живлення. Вольтметр на джерелі живлення не є точним. Краще виміряти напругу джерела живлення окремим лічильником. Типова схема експериментальної схеми наведена нижче:

Тепер від'єднайте амперметр від джерела живлення, щоб спочатку вибрати робочу напругу. Увімкніть джерело живлення та встановіть напругу не більше 6В. Вимкніть живлення (не змінюючи налаштування напруги) та підключіть амперметр до джерела живлення. Перевірте початкову температуру Ti . Коли ви будете готові виміряти час, увімкніть джерело живлення.

Краще записати значення V і I кожні 30 секунд, а потім розрахувати середнє значення для кожного і використовувати ці середні значення при розрахунку спожитої електричної енергії W = V I t. Це компенсує (певною мірою) коливання напруги джерела живлення через причини, що не піддаються контролю. Для цього може бути використана наступна таблиця:

t (сек)	10	20	30	40	50	60	.	.	.	.
I (підсилювачі)
V (вольт)

Хорошою ідеєю є постійне струшування калориметра (або перемішування води) раз на хвилину, щоб полегшити розподіл тепла.. Після досягнення бажаного періоду нагрівання вимкніть джерело живлення і почекайте, поки температура досягне максимальної. Запишіть цей максимум як Tf .

c w = 1000 кал / (гр o C. )

c Br = 0,0924 кал/(гр o C)

c Al = 0,215 кал/(гр o C)

t = 10,00 хвилин як приклад.

(W/Q) прийнято = 4,18 Дж/кал

Виміряно: mw, mbr, mAl, Ti, Tf, V, I, і т

Використовуйте рівняння (1) та (2) розрахувати W та Q. Тоді знайди (W/Q) виміряно .

Порівняння результатів:

Прийняті та виміряні значення (W/Q) може використовуватися для отримання відсоткової помилки.

Висновок: Пояснюватися студентами.

Обговорення: Пояснювати студентам .